在技術(shù)原理上，團(tuán)隊受 “電致流動” 這一經(jīng)典物理現(xiàn)象啟發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為深海柔性裝備的電液驅(qū)動機(jī)制。機(jī)器人的電液單元由薄膜殼體、柔性電極及內(nèi)部介電液構(gòu)成，在麥克斯韋應(yīng)力作用下，介電液定向流動，可精確驅(qū)動柔性單元產(chǎn)生可控變形。同時，驅(qū)動單元內(nèi)部介電液能與深海海水壓力實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)平衡，讓系統(tǒng)具備全海深壓力適應(yīng)性。
針對深海高壓低溫環(huán)境下軟材料易硬化、制約驅(qū)動器性能的問題，團(tuán)隊揭示了柔性電液單元介質(zhì)的液—固塑化機(jī)制，提出 “電液、塑化介質(zhì)一體化” 策略。通過整合液體介電塑化劑，既維持了聚合物外殼的柔軟性，又作為電液流體實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動；同時利用周圍海水作為交替電極，避免了介電層電荷滯留，保障了持續(xù)驅(qū)動性能。
在功能上，這款機(jī)器人通過自帶的小型化能源控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電液單元協(xié)同驅(qū)動，當(dāng)軟基體中的電子器件產(chǎn)生高壓電信號時，柔性電液單元會在電壓信號的激勵下產(chǎn)生類似流體靜力骨骼的變形模式，能在電壓信號激勵下完成直行、轉(zhuǎn)彎等多種軌跡運(yùn)動。它還集成了微型深海光學(xué)感知系統(tǒng)，可以在深海極端環(huán)境下實(shí)時感知自身運(yùn)動狀態(tài)和環(huán)境目標(biāo)，使小尺度軟體機(jī)器人具備深海近底感知能力。
為驗證可靠性，團(tuán)隊在多個深海區(qū)域開展了海試驗證。2024年6月，機(jī)器人在南海3176米深度完成布放，在復(fù)雜水流環(huán)境下完成了復(fù)雜軌跡運(yùn)動、近底感知探測等任務(wù)；同年7月，它在南海海馬冷泉區(qū)（約1369米深度）實(shí)現(xiàn)低擾動探測，并搭載 “海星” 號深海ROV在約4070米深的海山區(qū)完成航行試驗，驗證了與深海潛水器協(xié)同作業(yè)的可行性。此外，機(jī)器人還成功開展了海洋生態(tài)環(huán)境和群落的原位、近距離行為觀測。
李國瑞教授表示，這項工作為極端環(huán)境下軟體機(jī)器人與智能裝備的驅(qū)動設(shè)計提供了新路徑；核心成員沈鵬博士則指出，機(jī)器人展現(xiàn)的良好性能有望為深海生態(tài)觀測提供可持續(xù)的技術(shù)革新。
目前，團(tuán)隊正聚焦多學(xué)科交叉，探索小型化深海軟體機(jī)器人的驅(qū)動、感知、通訊一體化集成及群體智能等方向。未來，他們將持續(xù)突破極端環(huán)境下柔性裝備的材料耐久性、系統(tǒng)可靠性等關(guān)鍵挑戰(zhàn)，拓展應(yīng)用場景，如通過群體化機(jī)器人開展低擾動原位探測，或利用軟體機(jī)器手實(shí)現(xiàn)脆弱樣本無損采集等，助力海洋科技高水平自立自強(qiáng)。
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https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adt8054
文章來源：哈爾濱工程大學(xué)